DE10035351C2

DE10035351C2 - Aluminum welded part, in particular aluminum studs for stud welding, and method for welding the same

Info

Publication number: DE10035351C2
Application number: DE10035351A
Authority: DE
Inventors: Jean-Charles Nogues; Klaus E Jost
Original assignee: Nelson Bolzenschweiss Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Nelson Bolzenschweiss Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2000-07-20
Filing date: 2000-07-20
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: DE10035351A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Aluminiumschweißteil, insbesondere Aluminiumbolzen für das Bolzenschweißen, und ein Verfahren zum Verschweißen eines derartigen Schweiß teils.The invention relates to an aluminum welding part, in particular aluminum bolts for stud welding, and a method of welding such a weld part.

Aluminiumschweißteile finden in jüngerer Zeit vor allem im Kraftfahrzeugbau immer häufiger Verwendung. Derartige Schweißteile werden dabei meist mit Hilfe eines Bol zenschweißverfahrens mit dem Werkstück, beispielsweise einer Kraftfahrzeugkarosse rie, verschweißt. Unter "Aluminium" werden im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht nur reines Aluminium, sondern auch Legierungen verstanden, deren Hauptkom ponente Aluminium darstellt. Häufig verwendete Legierungselemente sind beispiels weise Silizium, Magnesium, Kupfer, Mangan, Chrom und Zink, wobei der gesamte Gewichtsanteil dieser Legierungselemente in der Legierung nicht über 10% liegt.In recent times, aluminum welded parts have always been found, especially in motor vehicle construction frequent use. Such welded parts are usually made with the help of a bol z welding process with the workpiece, for example a motor vehicle body rie, welded. "Aluminum" in the sense of the present invention not only understood pure aluminum, but also alloys, whose main comm component is aluminum. Alloy elements that are frequently used are examples wise silicon, magnesium, copper, manganese, chromium and zinc, the whole The proportion by weight of these alloy elements in the alloy is not more than 10%.

Problematisch bei derartigen Aluminiumschweißteilen ist die Affinität des Aluminiums zu Sauerstoff. Diese führt zur Bildung einer Oxidschicht, wenn ein Aluminium schweißteil bis zu dessen Verschweißen über längere Zeit gelagert werden muss. Reine Aluminiumschweißteile können bisher, selbst bei Lagerung in einer Vakuumverpa ckung, nur über einen Zeitraum von ca. sechs Monaten (Schweißeignungszeit) ohne weitere Nachbehandlung verschweißt werden.The affinity of aluminum is problematic with such aluminum welded parts to oxygen. This leads to the formation of an oxide layer when an aluminum welded part must be stored for a long time until it is welded. Pure So far, aluminum welded parts can be packed even in a vacuum package cover, only over a period of approx. six months (welding suitability) without further after-treatment can be welded.

Um die Bildung einer Oxidschicht zu verhindern, ist es bei Schweißteilen aus Stahl bekannt, das Schweißteil mit einer Zinn/Zink-Schicht zu versehen. Dies führt zwar zu einer Vermeidung einer Oxidschicht, auch bei längerer Lagerung des Schweißteils ohne Luft-/Sauerstoffabschluss, jedoch ist es erforderlich, die Zinn/Zink-Beschichtung im Bereich der zu verschweißenden Flächen vor dem Schweißvorgang zu entfernen. An dernfalls würden die Materialien der Zinn/Zink-Oberflächenbeschichtung den Schweiß prozess negativ beeinflussen. Das in Bezug auf den Schweißvorgang zeitnahe Entfernen der Zinn/Zink-Schicht im Bereich der zu verschweißenden Flächen erfolgt beispielswei se durch einen Schleifvorgang. Dieser Arbeitsschritt ist jedoch mit einem entsprechen den Aufwand und Kosten verbunden.To prevent the formation of an oxide layer, it is made of steel welded parts known to provide the welded part with a tin / zinc layer. This leads to avoiding an oxide layer, even if the welded part is stored for a longer period without Air / oxygen exclusion, however, the tin / zinc coating in the Remove the area to be welded before welding. to otherwise the materials of the tin / zinc surface coating would sweat negatively affect the process. The timely removal in relation to the welding process the tin / zinc layer in the area of the surfaces to be welded takes place, for example through a grinding process. However, this step is equivalent to one the effort and costs associated.

Im Zusammenhang mit normalen Schweißbolzen aus Stahl ist es aus der US-A- 2 858 414 bekannt, den Bolzen mit Aluminium zu beschichten, wobei das Aluminium der Beschichtung als Flussmittel zur positiven Beeinflussung des Schweißvorgangs dient. An Stelle von Aluminium kann nach der Offenbarung der US-A-2 858 414 jedes andere elektrisch leitfähige Flussmaterial verwendet werden.In connection with normal steel welding studs it is from the US-A- 2,858,414 known to coat the bolt with aluminum, the aluminum the coating as a flux to positively influence the welding process serves. Instead of aluminum, according to the disclosure of US-A-2,858,414, any other electrically conductive flux material can be used.

Es ist des Weiteren in Verbindung mit Stahlbolzen bekannt, die Bolzenoberfläche mit Ausnahme der zu verschweißenden Flächen mit Titan zu beschichten. Hierdurch wird erreicht, dass sich beim Lackieren des Werkstücks mit aufgeschweißten Bolzen Farbe auf der beschichteten Bolzenoberfläche ablagert.It is also known in connection with steel bolts, the bolt surface with Except for the surfaces to be welded, coated with titanium. This will achieved that when painting the workpiece with welded bolts paint deposits on the coated bolt surface.

Es ist zudem bekannt, ein Anschweißteil aus Aluminium im Bereich der Anschweißflä che mit einer Titan enthaltenden Beschichtung zu versehen, um den Schweißprozess positiv zu beeinflussen DE 198 56 613 A1. Hierdurch lässt sich eine hochwertige Schweißverbindung erreichen, wobei die zum Anschweißen des Bolzens notwendige Energie verringert werden kann. Nachteilig hierbei ist, dass Titan als Beschichtungs material relativ teuer ist.It is also known to have a weld-on part made of aluminum in the area of the weld-on surface to provide a titanium-containing coating to the welding process to influence positively DE 198 56 613 A1. This allows a high quality Reach the welded joint, the one necessary to weld the bolt Energy can be reduced. The disadvantage here is that titanium as a coating material is relatively expensive.

Aus der DE 43 17 217 A1 ist ein Verfahren zur Vorbehandlung von Oberflächen aus Aluminium oder seinen Legierungen vor einer zweiten, permanentkorrosionsschützen den Konversionsbehandlung, vorzugsweise einer Chromatierung, einer chromfreien Konversionsbehandlung mit reaktiven organischen polymeren und/oder mit Verbindungen der Elemente Titan, Zirkon und/oder Hafnium, oder eine Phosphatierung mit saue ren Zinkhaltigen Phosphatierbädern bekannt. Hierdurch wird eine Verbesserung der Verschweißbarkeit der entsprechend behandelten Aluminiumteile erreicht.DE 43 17 217 A1 describes a method for pretreating surfaces Aluminum or its alloys from a second, permanent corrosion protection the conversion treatment, preferably chromating, chromium-free Conversion treatment with reactive organic polymers and / or with compounds of the elements titanium, zirconium and / or hafnium, or a phosphating with acid Ren known zinc-containing phosphating baths. This will improve the Weldability of the treated aluminum parts achieved.

Der Erfindung liegt ausgehend von diesem Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, ein Aluminiumschweißteil zu schaffen, welches eine verbesserte Schweißeignungszeit aufweist und welches ohne zusätzlichen Aufwand mit hoher Schweißqualität verschweißbar und kostengünstig herstellbar ist. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Verschweißen eines derartigen Schweißteils zu schaffen.Based on this prior art, the invention is based on the object to create an aluminum welded part which has an improved weldability time and which with high quality welding without additional effort is weldable and inexpensive to manufacture. Furthermore, the invention is the Task based on a method for welding such a welded part create.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 4.The invention solves this problem with the features of claims 1 and 4.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Beschichtung zumindest der zu verschweißenden Flächen eines Aluminiumschweißteils mit einer Schicht aus Alumini um oder aus einer überwiegend Aluminium enthaltenden Legierung die Lagerfähigkeit bzw. die Schweißeignungszeit wesentlich verbessert. Darüber hinaus hat sich überra schenderweise gezeigt, dass sich eine derartige Beschichtung auch, positiv auf das Schweißergebnis auswirkt. Unter Verwendung einer derartigen Beschichtung lässt sich eine Schweißverbindung mit hoher Festigkeit und geringerer Porosität im Schweißbe reich herstellen.The invention is based on the knowledge that the coating is at least the same welding surfaces of an aluminum welding part with a layer of aluminum the shelf life around or from an alloy containing predominantly aluminum or the welding suitability significantly improved. In addition, has exceeded shearingly showed that such a coating also has a positive effect on the Welding result affects. Using such a coating can a welded joint with high strength and less porosity in the weld make rich.

Erstaunlicherweise gilt dies auch für eine Aluminiumschicht auf einem Aluminium schweißteil. Offenbar wirkt sich das Vorsehen einer Aluminiumschicht auch dann posi tiv auf das Schweißergebnis aus, wenn das Schweißteil bereits aus Aluminium besteht. Die Verbesserung der Schweißeignungszeit resultiert möglicherweise aus der hohen Homogenität und glatten Oberfläche der Beschichtung. Surprisingly, this also applies to an aluminum layer on an aluminum welding part. Apparently, the provision of an aluminum layer also has a positive effect the welding result if the welded part is already made of aluminum. The improvement in weldability time may result from the high Homogeneity and smooth surface of the coating.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Schicht selbstverständlich nicht nur im Bereich der zu verschweißenden Flächen vorgesehen sein, sondern auf der gesamten Oberfläche des Schweißteils.According to one embodiment of the invention, the layer can of course not only be provided in the area of the surfaces to be welded, but on the entire surface of the welded part.

Die Beschichtung kann durch Aufsprühen, Aufdampfen oder Galvanisieren auf gebracht werden. In jüngerer Zeit wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem selbst Aluminium galvanisch auf einen Träger aufgebracht werden kann, das ebenfalls verwendet werden kann.The coating can be applied by spraying, vapor deposition or electroplating to be brought. More recently, a process has been developed with which Aluminum can be electroplated onto a support, which is also can be used.

Ein derartiges Schweißteil kann, anders als die bisher verwendeten Zinn/Zink- beschichteten Aluminiumschweißteile verschweißt werden, ohne dass die zuvor im Bereich der zu verschweißenden Flächen aufgebrachte Beschichtung entfernt werden muss. Selbstverständlich kann das Verschweißen eines derartigen Schweißteils in an sich bekannter Weise unter Verwendung von Schutzgas erfol gen.Such a welded part, unlike the tin / zinc coated aluminum welded parts can be welded without the previously Removed coating applied in the area of the surfaces to be welded must become. Of course, welding such Welded part in a manner known per se using protective gas gene.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü chen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.Further embodiments of the invention result from the subclaims chen. The invention is illustrated below with reference to one in the drawing presented embodiment explained in more detail.

Die einzige Figur zeigt einen in der Bolzenschweißtechnik üblichen Kragenbol zen aus Aluminium.The only figure shows a collar bolt common in stud welding technology zen made of aluminum.

Der Kragenbolzen 1 weist einen Befestigungbereich 3 auf, der zur Halterung eines beispielsweise auf den Befestigungsbereich aufsteckbaren Befestigungsteils (nicht dargestellt) dient. Selbstverständlich kann der Befestigungsbereich 3 auch eine Gewinde aufweisen, auf das ein Befestigungsteil aufgeschraubt werden kann.The collar bolt 1 has a fastening area 3 , which serves to hold a fastening part (not shown) that can be plugged onto the fastening area, for example. Of course, the fastening area 3 can also have a thread onto which a fastening part can be screwed.

Unterhalb eines Kragens 5 im unteren Bereich des Kragenbolzens 1 ist ein Schweißbereich 7 ausgebildet, der in Form eines Kegels ausgebildet ist. Der Schweißbereich 7 und die Umfangsfläche des Kragens 5 ist mit einer Beschich tung 9 versehen, die aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung bestehen kann. Die Dicke der Beschichtung 9 ist zumindest so gewählt, dass die Oberfläche des Schweißbereichs vollständig dicht abgeschlossen ist, so dass Oxidations prozesse der "inneren" Aluminiumoberfläche des Schweißbereichs vermieden werden.Below a collar 5 in the lower region of the collar bolt 1 , a welding region 7 is formed, which is designed in the form of a cone. The welding area 7 and the peripheral surface of the collar 5 is provided with a coating 9 , which may consist of aluminum or an aluminum alloy. The thickness of the coating 9 is at least chosen so that the surface of the welding area is completely sealed, so that oxidation processes of the "inner" aluminum surface of the welding area are avoided.

Die maximale Dicke der Beschichtung 9 ist so zu wählen, dass das durch den Schweißprozess beim Verschweißen des Bolzens 1 in die Schmelze eingetragene Beschichtungsmaterial den gewünschten vorteilhaften Effekt hinsichtlich der Festigkeit und Qualität der Schweißstelle bewirkt.The maximum thickness of the coating 9 is to be selected such that the coating material introduced into the melt by the welding process when the stud 1 is welded has the desired advantageous effect with regard to the strength and quality of the weld.

Erstaunlicherweise haben nicht nur wie im Stand der Technik bekannt, die Be schichtungsmaterialien Titan und Chrom einen die Schweißeignungszeit gegen über der üblicherweise verwendeten Zinn/Zink-Beschichtung verlängernden Effekt, sondern auch eine Beschichtung des Aluminiumbolzens gemäß der Erfin dung mit Aluminium. Dies gilt auch für den überraschenden Effekt einer Verbes serung der Festigkeit und Qualität der Schweißung im Vergleich zu bekannten, mit Zinn/Zink beschichteten Bolzen.Amazingly, not only have the Be Coating materials titanium and chrome reduce the welding suitability extending over the commonly used tin / zinc coating Effect, but also a coating of the aluminum bolt according to the Erfin with aluminum. This also applies to the surprising effect of a verb strength and quality of the weld compared to known, studs coated with tin / zinc.

Die Beschichtung 9 muss zur Durchführung des Schweißvorgangs - anders als die bei Aluminiumbolzen bekannte Zinn/Zink-Schicht - im Schweißbereich 7 bzw. im Bereich der zu verschweißenden Oberflächen nicht entfernt werden. Vielmehr muss die Beschichtung erhalten bleiben, um die gewünschten positiven Effekte hinsichtlich der Schweißqualität zu erreichen.The coating 9 does not have to be removed in the welding area 7 or in the area of the surfaces to be welded, in contrast to the tin / zinc layer known from aluminum studs. Rather, the coating has to be retained in order to achieve the desired positive effects with regard to the welding quality.

Claims

1. Weld the aluminum welding part, especially the aluminum bolt for the bolt

a) with a surface coating ( 9 )

characterized by

a) that the surface coating ( 9 ) is provided at least in the area of the welding surfaces ( 7 ) and consists of aluminum or an alloy predominantly containing aluminum.

2. Aluminum welding part according to claim 1, characterized in that the surface coating ( 9 ) on the entire surface of the aluminum welding part ( 1 ) is provided.

3. Aluminum welding part according to claim 1 or 2, characterized in that the surface coating ( 9 ) is sprayed on, vapor-deposited or applied galvanically.

4. Process for welding aluminum welded parts to a workpiece, preferably by means of a stud welding process, characterized in that

a) that an aluminum welding part ( 1 ) according to one of the preceding claims is used,
b) wherein the welding process is carried out leaving the surface coating ( 9 ) of the aluminum welding part ( 1 ).

5. Welding method according to claim 4, characterized in that the The welding point is surrounded with protective gas during the welding process.